论文部分内容阅读
传统的城市地理学在研究城市空间演化时，主要强调静态地研究城市地域形态和城市土地利用结构。现代城市地理学除了对城市进行静态的描述外，还利用各种技术和方法对城市地域形态和城市土地利用结构演化进行动态模拟。开展城市空间动态模型研究正成为当前地理学研究的难点和热点问题。在复杂系统理论背景下，CA模型已经成为研究地理过程的复杂行为，特别是城市土地利用演化的重要工具和研究前沿。
元胞自动机是时间、空间、状态都离散，空间的相互作用及时间上因果关系皆局部的网格动力学模型。转化规则是CA中最重要的组成部分，是系统演化的“核心动力”。很容易用标准的CA表示城市系统。如何在转换规则中确定符合研究区的参数值是CA模拟中的重点，现有的很多研究都是在很大的地域范围内和较长的时间段内运用相同的转换规则。模型转换规则中的参数是静态的，不随时间和地点的变化而变化。当研究区内部自然、社会经济状况相差较大时，这种静态的转换规则难以体现研究区区域内部的差异。所以在研究区域内部地理环境差异较大时，应该根据研究子区的差异而采用不同的规则。
本文以杭州市“旅游西进”规划中的重点区域西湖区为试验区，西湖区旅游资源丰富，其城市扩展受到自然条件以及人文、规划等因素的约束，城市扩展在城区和郊区表现出不同的空间形态。利用动态约束转换规则的CA模型，对杭州市西湖区1991年-2005年的城镇扩展情况进行模拟。模型的构建和实现中所做的工作主要包括以下几个方面：
1)从全局，局部和区域三个层面来选取影响城市元胞发展的因素。全局性影响因素选取西湖区在研究区间内新增的城市用地转换总量。区域性影响因素分别选取距区，分区(乡、镇、街道)中心距离、距交通要道距离以及坡度。局部影响因素包括土地利用类型状态以及其邻域中城市元胞的密度。
2)转换规则的获取有分时分区的特点。在城市模拟中，非城市元胞的发展概率通过多元逻辑回归模型表达。研究子区通过逻辑回归分析变量与城市扩展的关系得到模型的参数。各分区的参数不同，属于动态约束参数，这个是分区的获取转换规则参数的思想。另一方面，将时空动态变化的城市用地转化量作为约束条件加入模型。各分区在不同时段新增城市用地情况存在差异，将这种差异用时段内各分区新增城市用地量占研究区总新增城市用地量的比例进行衡量，将分区差异的结果作为约束性条件加入转换规则中。因此，转换规则的参数包括两个部分，一个是空间变量逻辑回归得到的各分区空间变量参数，一个是城市用地新增量在不同时段内，各分区的比例参数。
3)针对该区域“旅游西进”的区域规划，对研究区内的林地资源，湿地资源，水域，约束其向城市用地的转化。
4)利用ArcInfo workstation环境下的grid模块作为开发环境，编程语言为AML。这种开发方式可以方便地调用GIS的空间运算函数进行空间数据的运算处理。将GIS集成到CA模型当中，可以对模拟结果进行可视化。
5)通过该动态约束CA模型，对杭州市西湖区1991年-2005年的城镇扩展情况进行了比较准确的模拟。2005真实的城市用地分布图与模拟的城市用地分布图相比，模拟精度为74.8％。